管内带螺旋线的降膜蒸发器传热性能研究

王 魁，朱 艳

（天津晟远环境有限公司，天津 300000）

管内带螺旋线的降膜蒸发器传热性能研究

王 魁，朱 艳

（天津晟远环境有限公司，天津 300000）

以水为工作介质，研究了降膜蒸发器的传热性能，考察了在降膜蒸发器换热管内插入不同型式的螺旋线对蒸发器的影响。对10种不同规格的螺旋线，分别进行了恒壁温实验和传热实验。实验数据表明，矩形截面的螺旋线对传热的强化效果好于圆截面螺旋线；同时螺旋线结构参数等对降膜蒸发侧传热性能有良好的强化作用。

降膜蒸发；强化传热；螺旋线插入物；传热系数

1 研究目的

降膜蒸发器内液膜流动状态直接影响着降膜蒸发器的传热效果，提高降膜蒸发器的传热，可在换热器内插入螺旋线对降膜蒸发器传热进行强化，蒸发器传热效率提高，可以减少设备投资，还对节约能耗有着重要意义。本文通过观察螺旋线的加入对换热管内液膜流动情况，来研究螺旋线对降膜蒸发器传热效果的影响。对比矩形截面与圆截面螺旋线的传热强化效果，确定实验条件下的螺旋线最佳参数范围。

2 热模实验流程

2.1 热膜实验内容

测试插圆形螺旋线的降膜蒸发管与矩形螺旋线的降膜蒸发管的传热性能。找出螺旋线参数对降膜蒸发传热性能的影响。

2.2 热膜实验方法

（1）实验方法。降膜蒸发传热系数受诸多因素的影响，本文主要讨论进料量、螺旋线形状等参数对蒸发传热系数的影响。实验中改变的量有：进料量、加热蒸汽的温度、螺旋线插入物的几何参数。测量量：进料量、进料温度、换热管壁温、加热蒸汽温度、螺旋线的截面几何参数。按单位流量为0.11～1.11 kg/（m ·s）；进料量为40～400l/h；螺旋线参数的规格见表 1。

表1 螺旋线尺寸表

实验在常压和减压工况下进行，通过计算蒸发管上冷凝液的质量可得到料液蒸发吸收的热量。

图1 实验装置图

（2）实验检查。如图1所示，首先仪表调试使其处于正常工作状态，然后检查泵、阀门、加热器等是否满足实验条件，检验完毕后进行实验，在实验稳定后记录实验数据，然后改变变量重复记录实验数据。

3 实验数据的处理

1）实验的影响有流体波动段：料液经过一个流动波动段后才能在蒸发管内发展为稳定流动。流动波动段长度的计算公式：

式中：XL-流动波动段长度，m；Re-液膜雷诺数；ν-料液的运动黏度，m2/s。本实验液膜雷诺数为 1 654～14 945，从而得到波动段长度为 0.053～0.258m，因为本实验的装备，至加热段已基本达到充分波动阶段，所以流动波动段对实验数据基本无影响。

2）料液进口温度的影响：实验考察的是降膜蒸发的传热系数，进入换热管前的料液的温度为饱和温度，如果料液没有达到饱和温度进料，换热管上部会先预热，所以凝液会减少，因此用蒸汽冷凝液换算传热量时会偏小，所以若按饱和进料温度计算传热系数时就会造成传热系数偏小。

4 实验结果与分析

在常压下进行热模实验，加热温度为105℃、107℃、110℃、113℃和 115℃，进料量为 0.105 93～1.059 29kg/（m·s），常压下液膜雷诺数 Re 为 1 493～14 930。

4.1 热模实验结果及分析

热模实验通过管中有螺旋线的降膜蒸发器的传热性能更优的基础上，还证实了螺旋线截面的几何形状、传热温差和螺旋线结构参数是降膜传热系数的主要影响条件。

4.2 螺旋线插入物对降膜侧传热性能的影响

利用螺旋线对降膜蒸发的传热性能进行测试，证实螺旋线对蒸发器的蒸发效果有良好的强化作用，对10种不同型式的螺旋线（具体参数见表1）对降膜蒸发器的传热性能进行了研究。实验结果表明，螺旋线的外形尺寸对传热系数有明显的影响。其中，第j组螺旋线截面为圆截面，经实验及理论分析验证为实验条件下传热强化效果最好的螺旋线；而前9组均为矩形截面，通过实验结果计算可看出，矩形截面的螺旋线对传热的强化效果好于圆截面。

5 结论

螺旋线强化降膜侧传热系数的主要原因：①螺旋线在液膜里的振动可以破坏液膜流层，减小热阻，强化传热；②加入螺旋线增加液体流动时长，增加传热时长。

螺旋线截面的几何特征对传热系数有明显的影响，矩形截面的螺旋线比圆截面螺旋线强化效果好，这是因为矩形截面的螺旋线的漩流效果好于圆截面螺旋线，这等于加长了流体行程，从而使传热效率提高的程度大于圆截面螺旋线。

[1] 姜世楠.波形竖管降膜蒸发传热与流动性能的研究[D].天津：天津科技大学，2003.

Study on Heat Transfer Performance of Falling Film Evaporator with Helix

Wang Kui，Zhu Yan

In this paper，the heat transfer performance of falling film evaporator was studied with water as the working medium. The influence of different types of helix on the evaporator was investigated.On the 10 different specifications of the helix，were carried out constant wall temperature test and heat transfer test.The experimental data show that the reinforcement effect of the helix on the heat transfer is better than that of the circular section helix.The influence of the helix structure parameters on the heat transfer performance of the falling film evaporates.

falling film evaporation；enhanced heat transfer；helix inserts；heat transfer coefficient

TQ051.62

A

1003-6490（2017）06-0132-02

2017-05-06

王魁（1988—），男，河北沧州人，助理工程师，主要研究方向为传热。